楊義準

【摘 要】現(xiàn)在社會發(fā)展迅速，在進行生產(chǎn)的過程中對機械系統(tǒng)的精度提出了更高的要求。為了能夠提高機械運行的可靠性和穩(wěn)定性，就應該采取合理的措施對機械摩擦產(chǎn)生的不良影響進行消除?，F(xiàn)在，技術(shù)人員在對機械系統(tǒng)摩擦模型的建立上取得了一定的成績。本文通過對機械系統(tǒng)中的摩擦問題進行分析，從而建立摩擦模型。

【關(guān)鍵詞】機械系統(tǒng) 摩擦模型 分析

摩擦作為一種物理現(xiàn)象，在自然界中被廣泛的應用。摩擦現(xiàn)象是在兩個物體之間形成的。很長一段時間以來，摩擦問題也引起了廣泛關(guān)注，物理學在對摩擦現(xiàn)象進行研究中也取得了一些進展。現(xiàn)在，摩擦的相關(guān)原理在機械的生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應用，如輪胎的剎車功能等。但是在一些大型機械中，如果不對摩擦進行限制，其就會影響到機械運行的精度，使機械不能正常的運動。

隨著社會的迅速發(fā)展，在生產(chǎn)中人們對機械提出了更高的要求，為了能夠確保機械系統(tǒng)的順利運行，就要對機械在運行中的摩擦系數(shù)進行分析，采用摩擦補償技術(shù)，提高機械的運行效率。機械摩擦的補償技術(shù)在使用中存在一定的限制，所以，需要建立一個科學的摩擦模型，從而能夠使摩擦系數(shù)的設計更加準確。在使用這些摩擦模型的過程中，應該分清這些模型的使用類型，分析其構(gòu)成的原理和適用范圍。

1 摩擦現(xiàn)象的分析

摩擦現(xiàn)象是在兩個物體之間形成的，物體之間由于接觸會形成一個切向的作用力，這個就是摩擦。產(chǎn)生摩擦的原因有很多，如機械的潤滑程度不夠，物體的加速度以及兩個物體表面的粗糙程度等。

16世紀，人們就發(fā)現(xiàn)了摩擦現(xiàn)象，并開始進行研究，通過各類實驗分析摩擦現(xiàn)象，找出了摩擦現(xiàn)象的根本原因。摩擦現(xiàn)象的類型主要有以下幾種。

1.1 庫倫摩擦

庫倫摩擦是一種常見的摩擦現(xiàn)象，也是在物理運動研究中首先被提出的。庫倫摩擦是在運動中產(chǎn)生的，所以又叫做運動摩擦。這種摩擦是由兩個物體運動的加速度決定的，而且還與物體之間的接觸面積有關(guān)。物體之間的接觸面積越大，摩擦力也就越大。物體之間的摩擦與速度的幅值是沒有直接關(guān)系的。

1.2 黏性摩擦

黏性摩擦是與物體之間的流體黏性決定的，其與物體的運動速度也有很大的關(guān)系，如果物體沒有運動，那么，其黏性摩擦力的大小為零。

1.3 stribeck摩擦

這類摩擦能夠?qū)Φ退賲^(qū)的摩擦行為進行分析，能夠建立穩(wěn)態(tài)的速度函數(shù)，隨著物體運動速度的增大，其數(shù)值會越來越小。

1.4 靜摩擦力

靜摩擦力在自然界中比較普遍，是自然界中形成的一種力，是物體從靜止到運動產(chǎn)生的力的大小。靜摩擦力與物體之間的相對速度成反比，與物體之間的作用力成正比。其與庫倫摩擦力有相似之處，但是靜摩擦力比庫倫摩擦力要大。

1.5 預滑動移位

兩個物體的表面發(fā)生接觸后，如果施加的外力比靜摩擦力要小，那么這兩個物體在接觸時就會產(chǎn)生位移，但是這種位移非常小，所以叫做預滑動位移。預滑動位移與彈簧具有一定的相似性，摩擦力不能運用速度函數(shù)的形式來表達，只能夠運用位移函數(shù)來表達。

1.6 摩擦滯后

摩擦滯后指的是產(chǎn)生的摩擦力比滑動速度要滯后，其也可以稱為摩擦記憶，速度和摩擦力之間會形成一種滯后的關(guān)系。所以，在做減速運動的過程中，摩擦力的幅值會變小，而滯后的速度變化與物體之間的速度是有密切關(guān)系的。

2 摩擦模型

20世紀初，物理學家已經(jīng)對摩擦問題進行了深入的討論，并建立起摩擦模型。摩擦模型的建立能夠在一定程度上幫助研究人員分析摩擦產(chǎn)生的原因和機制，從而能夠在機械的使用中避免摩擦，提高機械的運行效率。通過相關(guān)的分析，摩擦模型的種類有以下幾種。

2.1 庫倫模型

早在16世紀，庫倫就進行了摩擦實驗，分析出摩擦力與荷載存在密切的關(guān)系，摩擦力與物體的運動方向沒有關(guān)系，與物體之間的接觸面沒有關(guān)系。相關(guān)的物理學家又對此理論進行了進一步的研究，得出了庫倫模型，其參數(shù)的表達方式為：f（v）=fcsgn（v）。

在這個參數(shù)表達式中，f表示的是摩擦力，v表示的是相對滑動的速度，fc表達的是庫倫摩擦系數(shù)，fn表示的是法向力。這是最早關(guān)于摩擦力的模型，其是運用速度函數(shù)來分析摩擦力的，所以，在表達摩擦力的時候也會受到一定的限制，只能夠?qū)λ俣却笥诹愕哪Σ亮M行分析。如果物體的運動速度為零，表達的摩擦力的數(shù)值就會不準確。而且，在這一模型中，符號函數(shù)的應用，使方程運用分段函數(shù)來表示，為了能夠使計算方法得到簡化，就必須提出新的模型。

2.2 karnopp模型

上述的模型在表達的過程中是比較復雜的，而且在求解中容易出現(xiàn)錯誤，所以，其仿真過程中是很難得到控制的，而且不能檢測到物體為零速度時的摩擦力。所以，物理學家研究出了karnopp模型，這類模型能夠彌補庫倫模型的不足，能夠在零速度中分析出物體的摩擦力，其滑動速度也能夠被準確地分析出來。在一個接近零的速度值中，這類模型也可以通過對工作條件的分析，從而能夠分析出摩擦力的變化。在不同的速度區(qū)域中，速度可以為零，這時摩擦力的大小與物體受到的外力有很大的關(guān)系，摩擦力可以運用速度函數(shù)來表示，也可以借助外力模型來表示，使摩擦力的表達更加具體。

結(jié)語

現(xiàn)在，人們在生產(chǎn)中越來越注重生產(chǎn)效率的提高，所以，機械設備的運行效率顯得尤為重要，在機械運行中，容易產(chǎn)生摩擦，這些摩擦會降低機械的運行效率，所以，建立摩擦模型，分析摩擦產(chǎn)生的原因，能夠使機械在運行中減少耗損。

參考文獻

[1]劉強，爾聯(lián)潔，劉金琨. 摩擦非線性環(huán)節(jié)的特性、建模與控制補償綜述[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，20·2，11：45-52.

[2]王庚祥，劉宏昭.多體系統(tǒng)動力學中關(guān)節(jié)效應模型的研究進展[J].力學學報，2015，01：31-50.

[3]張濤，路長厚，李泉.基于扭矩測量的交流伺服工作臺摩擦建模與仿真研究[J].潤滑與密封，2011，04：32-35+38.

[4]董亮，湯文成，劉立.考慮摩擦和間隙的柔性滾珠絲杠進給系統(tǒng)建模與分析[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2013，11：300-307.

[5]李敏，王家序，肖科，黃超，徐超.基于模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡動態(tài)摩擦分塊補償?shù)臋C器人數(shù)字魯棒滑模控制算法[J].中國機械工程，2012，23：2792-2796.